САНДЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІ ҚОЛДАНА ОТЫРЫП АҚАУЛАРҒА ЖОЛ БЕРМЕУ

USING THE DIGITAL SYSTEMS AND WAYS OF SOLVING THE MALFUNCTIONS

Kyrymgerei Islam  Aryngazyuly

Student of Baishev University, Kazakhstan, Aktobe

Amangaliev Nurkuat Ediluly

Student of Baishev University, Kazakhstan, Aktobe

Kairova Zhumagul Kairullaevna

Scientific Supervisor, Master of Technical Sciences, Senior Lecturer in the field of education in Baishev University, Kazakhstan, Aktobe

Аңдатпа. Мақалада электромагниттік кедергілердің әсері жағдайында цифрлық байланыс жүйелерін қолдану мәселелері қарастырылады. Кедергілердің негізгі көздері, соның ішінде электр беру желілері мен жарықтандыру жүйелері, сондай-ақ олардың радиоэлектрондық құралдардың кедергіге төзімділігіне әсері талданған. Ақпаратты беру сенімділігін арттыру мен қорғаудың заманауи әдістері сипатталған, соның ішінде желілік сүзгілерді және импульстік асқын кернеуден қорғау құрылғыларын пайдалану қарастырылған. Теміржол көлігінде цифрлық радиожүйелерді қолдануға және күрделі пайдалану жағдайларында тұрақты байланысты қамтамасыз ету мәселелеріне ерекше назар аударылған. Байланыс жүйелерінің қауіпсіздігі мен тиімділігін арттыру мақсатында анықталған ақауларды шешудің ықтимал жолдары ұсынылған.

Abstract. The article examines the application of digital communication systems under conditions of electromagnetic interference. The main sources of interference, including power transmission lines and lighting systems, and their impact on the interference immunity of radio-electronic equipment are analyzed. Modern methods of protection and reliability enhancement of data transmission are described, including the use of network filters, surge protection devices. Special attention is paid to the use of digital radio systems in railway transport and to the challenges of ensuring stable communication under difficult operating conditions. Possible solutions to the identified problems aimed at improving the safety and efficiency of communication systems are proposed.

Түйінді сөздер: Цифрлық байланыс жүйелері, электромагниттік кедергілер, кедергіге төзімділік, электр беру желілері, асқын кернеуден қорғау құрылғылары, желілік сүзгілер, теміржол радиобайланысы, цифрлық радиожүйелер, байланыс сенімділігі.

Keywords: Digital communication systems, electromagnetic interference, interference immunity, power transmission lines, surge protection devices, network filters, railway radio communication, digital radio systems, reliability of communication.

Электр беру желілері электромагниттік сәулелену мен кедергілердің көзі болып табылады. Бұл кернеу класына байланысты ондаған метрге таралатын өнеркәсіптік жиіліктегі 50 Гц магнит өрістерінің пайда болуымен қатар жүреді. Электромагниттік кедергілер радиоэлектрондық жүйелердің кедергіге төзімділігін төмендетеді. Бұл сигнал/кедергі қатынасымен және ақпаратты қабылдау кезіндегі қателік ықтималдығымен сипатталады. Оны арттыру үшін экрандау, сүзгілеу, байланыс арналарының резервтелуі және сигналдарды өңдеудің бейімделмелі әдістері қолданылады. Импульстік кедергілер ең қауіпті болып саналады, себебі олар сигналдарды қабылдау кезінде іркілістер тудыруы мүмкін.

1.Ethernet желісін импульстік кедергілерден қорғау құрылғысы найзағай және коммутациялық асқын кернеулерден қорғауға арналған. Үлгі екі деңгейлі сұлба бойынша орындалған: «желi – жер» — импульстік асқын кернеулерді бұру үшін; «желi – желi» — дифференциалды кедергілерден қорғау үшін.

2.Импульстік кедергілерден қорғайтын желілік сүзгі — электр желісіндегі кернеу ауытқуларынан, жоғары жиілікті және импульстік кедергілерден электр жабдықтарын қорғауға арналған құрылғы. Ол қосылған жабдықты сыртқы және ішкі кедергілерден қорғайды әрі олардың электр желісі бойымен таралуына жол бермейді. Жұмыс істеу қағидасы LC-сүзгілеуге негізделген: варисторлар импульстік асқын кернеулерді жұтады, дроссельдер жоғары жиілікті кедергілерді әлсіретеді, ал конденсаторлар оларды шунттайды. Мұндай құрылғылар тұрмыста, өнеркәсіпте және медициналық техникада қолданылады.

3.Кәсіби мобильді радиобайланыс (ПМР) — екіжақты құрлықтық жылжымалы радиобайланыс жүйелері. Бұл жүйелер мобильді абоненттер арасында жедел әрі сенімді байланысты қамтамасыз етуге арналған. ПМР желілерін кәсіби белгісі бойынша біріккен шектеулі пайдаланушылар топтары қолданады. Оларға диспетчерлік, жедел, өндірістік-технологиялық және әкімшілік-шаруашылық қызметтер жатады: құқық қорғау құрылымдары, авариялық қызметтер, көлік, энергетика және өнеркәсіп салалары. Ұялы байланыс жоқ жағдайларда — тауда, шахталарда, тайгада және шалғай нысандарда — сенімді радиобайланыс шешуші маңызға ие.

4. «Хит-Манет» цифрлық радиостанциясы кедергіге төзімді және тығыз құрылыс аймақтары мен жерасты нысандарын қоса алғанда күрделі жағдайларда жұмыс істей алады. Радиостанция бір мезгілде екі Manet желісінде және екі жиілік диапазонында жұмыс істейді, бұл деректерді беру сенімділігін айтарлықтай арттырады. Құрылғы кедергіге төзімділікті арттырудың заманауи әдістерін қолданады: спектрді кеңейту, WI-FI, PLK, цифрлық радио. Радиостанция құтқару қызметтеріне, өнеркәсіпке, күштік құрылымдарға және экстремалды туризмге арналған.

5. Теміржол көлігі қозғалысты басқару мен қауіпсіздікті қамтамасыз етудің негізгі құралы болып табылады. ҚТЖ Қазақстанда басқаратын жолдардың ұзақтығы жағдайында машинист, диспетчер және станция кезекшілері арасындағы сенімді байланыс арнасы жай ғана қолайлылық емес, қатаң регламенттік талап болып саналады.

Қазіргі теміржол көлігі цифрлық стандарттарға көшуде, алайда аналогтық жүйелер инфрақұрылымда әлі де елеулі үлеске ие. Теміржолдағы радиобайланыс қатаң иерархиялық құрылымға ие және функционалдық түрлерге бөлінген, бұл тасымалдау процесін қауіпсіз әрі нақты басқаруға мүмкіндік береді. Бірыңғай жиілікті пайдалану мүмкін емес, сондықтан байланыс кәсіби жабдықтарды қолдана отырып, жекелеген сегменттер бойынша ұйымдастырылады.

Радио байланыс түрі:

1. Стансалық – темір жол станциясында маневр және сұрыптау жұмыстарын басқаруға арналған.
2. Пойыздық — машинисттер мен диспетчерлер арасындағы ұзақ қашықтықтағы байланысты қамтамасыз етеді, ретранслятор желісі арқылы үздіксіз жұмыс жасайды.
3. Жедел жөндеу байланысы – темір жол инфрақұрылымында қызмет көрсететін мобильді бригадаларды үйлестіруге арналған, көбіне тасымалды радиостанциялар қолданылады.

Жиіліктер мен жүйелер: современный диапазоны.

ДМВ (DMR, TETRA, GSM-R) – цифрлық жүйелер, дауыс пен деректерді береді.Мысал:

Ақтөбе облысы, Шалқар станциясында 50 км учаскеде екіжақты үздіксіз байланыс үшін радио құрылғылары орнатылған. Қолданыстан тыс 43РТС-А2-ЧМ пойыздық радиостанциялардың кешендері әуе байланыс желісіне қосылған.

Сурет 1. 43РТС-А2-ЧМ

Сурет 2. РЛСМ-10

РЛСМ-10 радиостанциясы DMR, GSM, GSM-R, LTE стандарттары бойынша цифрлық технологиялық радиобайланыс желілерінде, сондай-ақ Thuraya, Iridium спутниктік байланыс желілерінде сөйлеу мен деректерді беруге арналған. Радиостанциялар технологиялық радиобайланысты ұйымдастыру мақсатында теміржол және автокөлік құралдарына орнатылады. РЛСМ-10 құрылғылары ТУ–ТС теле басқару және телесигнализация сигналдарын, борттық жүйелердің технологиялық ақпаратын, деректерді беру аппаратурасын, сондай-ақ сыртқы сөйлесулерді тіркеу құрылғыларын қосуға арналған арналарды қамтамасыз етеді. DMR режимінде деректерді беру жылдамдығы 6400 бит/с-қа дейін, ал GPRS және CSD протоколдарын қолдайтын GSM және GSM-R стандарттары бойынша 9600 бит/с-қа дейін жетеді.

Сурет 3. Шамдар

Сурет 4.Прожекторлар

Сурет 5. Жарықтық диодтар

Жарықтандыру жүйелерінде жарық шамдары мен прожекторлар жарық сәулесінің көздері ретінде қолданылады. Осыған байланысты электромагниттік кедергілер туындайды, олар станцияның мойнақтарында (горловина және тақ бағыттағы горловина) қолданылатын, ескі үлгідегі 2150 Гц жиілігінде жұмыс істейтін 43РТС радиоэлектрондық жүйелерінің кедергіге төзімділігін төмендетеді. Ал РЛСМ-10 радиобайланысы теле басқару және телесигнализация сигналдарын цифрлық желілер арқылы беруге арналғандықтан, мұндай кедергілер оған айтарлықтай әсер етпейді.

Мәселені зерттеу барысында қазіргі уақытта кедергі көзін нақты анықтайтын арнайы құрылғының жасалмағаны анықталды. Осы жағдайдан шығудың екі негізгі жолы бар. Біріншісі – кедергіні анықтайтын сезімтал элементі бар арнайы аспап әзірлеу немесе жарықдиодты шамдарды басқа шам түрлеріне ауыстыру. Мәселе мынада: егер бір жарық нүктесінде 12 жарықдиодты шам орнатылып, олардың біреуі істен шықса, қалған шамдар есептелген жүктемеден артық жүктемеде жұмыс істейді. Бұл электромагниттік кедергілердің пайда болуына әкелуі мүмкін.

Кәсіби мобильді радиобайланысты (ПМР) қолдану тиімсіз, себебі жергілікті жер бедері (ойпаңдар, таулар, тоннельдер) блок-учаскелерде тұрақты желіні қабылдауға мүмкіндік бермейді. Сондықтан перегонның блок-учаскелерінде цифрлық желі станцияларын орнату қажет. Қыздыру шамдарының артықшылықтарына айнымалы токпен жұмыс істегенде жыпылықтаудың болмауы және басқа жарық көздерімен салыстырғанда ультракүлгін сәулеленудің төмен деңгейі жатады.

Егер теміржол нысандарында электромагниттік кедергілерді анықтайтын ЦМЭМС-Rail детекторы жасалатын болса, бірінші мақсат бойынша зерттеу нәтижелері 1-қосымшада көрсетіледі. Ал МЦСП-R1000 мини-цифрлық станциясын құруға қатысты екінші мақсаттың зерттеу шешімдері 2-қосымшада баяндалады.

Сурет 6.ЦМЭМС-Rail

Сурет 7.МЦСП-R1000

1-қосымша

1. Жүйе жұмыс диапазоны:

Төмен жиіліктер (НЧ): 50 Гц (өнеркәсіптік жиілік)

УКВ: 150–160 МГц (пойыздық радиобайланыс)

Құрылғы S/N (сигнал/кедергі) деңгейін өлшейді.

1. Электр беру желісінен (ЛЭП) электромагниттік өріс деңгейін есептеу

Үш фазалы 110 кВ желі үшін:  B=μ0I2πrB = \frac{\mu_0 I}{2 \pi r}B=2πrμ0​I​ мұндағы: μ0=4π×10−7\mu_0 = 4 \pi \times 10^{-7}μ0​=4π×10−7 Гн/м – магниттік тұрақтысы, I=300 АI = 300\text{ А}I=300 А – орташа ток жүктемесі, r=20 мr = 20 \text{ м}r=20 м – қашықтық.

Есептеу: B=4π×10−7×3002π×20≈3×10−6 ТлB = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 300}{2\pi \times 20} \approx 3 \times 10^{-6} \text{ Тл}B=2π×204π×10−7×300​≈3×10−6 Тл

B≈3 мкТлB \approx 3 \, \text{мкТл}B≈3мкТл

2. Сигнал/кедергі (S/N) қатынасын есептеу

Өлшенген сигнал: S = −80 дБм

Кедергі: N = −100 дБм

S/N есебі:

S/N = S – N

S/N = −80 − (−100)

S/N = 20 дБ

S/N = S – N

S/N = −80 − (−100)

S/N = 20 дБ цифрлық байланысқа жеткілікті.

2-қосымша

1. Расчет радиосвязи: 8-канал (МЦСП-R1000)

L=32.4+20log⁡f+20log⁡dL = 32.4 + 20 \log f + 20 \log dL=32.4+20logf+20logd

L=32.4+20log⁡(160)+20log⁡(20)L = 32.4 + 20 \log(160) + 20 \log(20)L=32.4+20log(160)+20log(20) L=32.4+44+26L = 32.4 + 44 + 26L=32.4+44+26 L≈102.4 дБL \approx 102.4 \text{ дБ}L≈102.4 дБ

2. Расчет устойчивасти к сопротивлению

S/N≥12 дБS/N \ge 12 \text{ дБ}S/N≥12 дБ